DE2908483C2

DE2908483C2 -

Info

Publication number: DE2908483C2
Application number: DE2908483A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl.-Ing. 8033 Planegg De Martin; Ruediger Dipl.-Ing. 8000 Muenchen De Froese-Peeck; Peter Dipl.-Ing. 8184 Festenbach De Rummel; Karl Ing.(Grad.) 8000 Muenchen De Hohberger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-03-05
Filing date: 1979-03-05
Publication date: 1987-05-21
Also published as: DE2908483A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Qualitätsverbesserung von Mustererkennungsgeräten und Meßgeräten bzw. Meßanordnung zur Lageabweichung, mit der von einem in einer Ebene angeordneten Gegenstand (Istbild) und mit einem Abbildungssystem eine reelle Abbildung des Gegenstandes in mindestens einer zur Gegenstandsebene konjugierten Bildebene erzeugt wird, in der ferner ein (oder mehrere) linienförmiges oder ein flächenhaftes Bildaufnahmebauteil (Sensor) mit einer angeschlossenen Auswertelogik vorhanden ist.The invention relates to a device for quality improvement of pattern recognition devices and measuring devices or measuring arrangement for positional deviation, with which of a object arranged in one plane (actual image) and with an imaging system a real image of the object in at least one conjugate to the object plane Image plane is generated, in which a (or several) line-shaped or a flat image acquisition component (Sensor) with a connected evaluation logic is available.

In der Halbleitertechnik werden die Verbindungen zwischen den Anschlußpads eines Halbleiterplättchens und den äußeren Zuleitungen des Gehäuses (Systemträger) häufig durch dünne Zwischendrähte hergestellt. Hierzu werden die Halbleiterplättchen auf eine geeignete Unterlage, beispielsweise ein Systemträgerband, aufgebracht und die dünnen Zwischendrähte auf den Anschlußpads und entsprechenden Stellen der Unterlage befestigt. Bei der Kontaktierung der Zwischendrähte, die meist durch Thermokompression oder Ultraschallschweißen vorgenommen wird, müssen das Halbleiterplättchen und das Kontaktiergerät sehr genau zueinander ausgerichtet werden. Dieses Ausrichten bereitet aufgrund der geforderten engen Toleranzen erhebliche Schwierigkeiten.In semiconductor technology, the connections between the connection pads of a semiconductor chip and the outer supply lines of the housing (system carrier) often made by thin intermediate wires. For this the semiconductor wafers are placed on a suitable surface, for example, a system carrier tape and the thin intermediate wires on the connection pads and appropriate places on the pad. When contacting the intermediate wires, most of the time made by thermocompression or ultrasonic welding the semiconductor chip and that Contacting device can be aligned very precisely to each other. This alignment prepares due to the required tight tolerances considerable difficulties.

Die Messung von Lageabweichungen ist erst durchführbar, wenn ein Muster erkannt ist. Die folgenden Ausführungen beziehen sich daher nicht nur auf Geräte der Lageerkennung, sondern auch auf Geräte, die ganz allgemein zur Mustererkennung dienen.The measurement of position deviations can only be carried out when a pattern is recognized. The following statements therefore not only refer to devices for position detection, but also on devices that are generally used for Serve pattern recognition.

Für die berührungslose Muster- und/oder Lageerkennung sind bisher verschiedene Geräte bekannt, die mit geeigneten Sensoren Licht, Infrarotstrahlung oder andere elektromagnetische Wellen aufnehmen. Zur Bildaufnahme werden meist Bildaufnahmeröhren (zum Beispiel Vidikon) oder Anordnungen von fotoempfindlichen Elementen in Zeilen- oder Matrixform verwendet. Oft wird das Objekt mit durchfallender Strahlung auf dem Bildwandler abgebildet, um einen guten Kontrast zwischen Objekt und Umgebung zu erhalten. Neben Sensoren zur Aufnahme von Strahlung sind auch Sensoren zur Aufnahme von Elektronenstrahlen anwendbar.For contactless pattern and / or position detection So far, various devices are known, which with suitable Sensors light, infrared radiation or others Record electromagnetic waves. For image acquisition are mostly picture tubes (for example Vidikon) or arrangements of photosensitive elements in line or matrix form used. Often the object is included transmitted radiation is imaged on the image converter, to create a good contrast between the object and its surroundings receive. In addition to sensors for receiving radiation sensors for receiving electron beams can also be used.

Dagegen ist bei vielen Anwendungen nur Auflicht möglich. Diese Beleuchtungsart hat aber mehrere Nachteile. In vielen Fällen hat das Bild nur einen geringen Kontrast. Außerdem kann dieser Kontrast zeitlich stark schwanken. Als Beispiel seien langzeitabhängige Rauhigkeitsschwankungen der Objektoberfläche genannt. Auch durch Störungen, wie zum Beispiel Schmutz oder Kratzer auf der Oberfläche, können die markanten Geometrien im Bild stark fehlerbehaftet sein. Besonders bei sehr kleinen Objekten, wie zum Beispiel in der Halbleiterfertigung, ergibt sich bei Auflicht meist nur eine ungünstige Bildqualität.In contrast, only reflected light is possible in many applications. This type of lighting has several disadvantages. In in many cases the image has little contrast. In addition, this contrast can fluctuate greatly over time. Long-term-dependent roughness fluctuations are an example called the object surface. Also by disturbances, such as dirt or scratches on the surface, the striking geometries in the picture can be strong to be faulty. Especially with very small objects, such as in semiconductor manufacturing usually only an unfavorable picture quality with reflected light.

Diese oft unverweidbaren Nachteile verhindern einen vollautomatischen Betrieb des Gerätes. Meist muß die Beleuchtungsintensität bei stärkeren Kontraständerungen von Hand nachjustiert oder die Einstellung der Auswertelogik neu vorgenommen werden. Durch besondere Vorbehandlungen am Objekt wird versucht, Kratzer und Staub auf der Oberfläche zu vermeiden und die optischen Eigenschaften des Objektes weitgehend konstant zu halten. Dies ist aber nicht bei allen Objekten möglich, da viele Einflußgrößen in der Vorbearbeitung nicht absolut konstant zu halten sind.These often inevitable disadvantages prevent you fully automatic operation of the device. Most of the time Illumination intensity with major changes in contrast readjusted by hand or the setting of the evaluation logic be made anew. Through special pretreatments the object tries to scratch and dust on to avoid the surface and the optical properties to keep the object largely constant. This is but not possible for all objects because of many influencing factors not absolutely constant in the pre-processing are to be kept.

Durch kurzfristige oder langfristige Änderungen der Objektoberflächeneigenschaften kann sich die Bildhelligkeit oder der Bildkontrast stark verändern. Das Videosignal des Bildaufnahmegeräteteiles weist dann entsprechend starke Pegelschwankungen auf. Bei Kameras mit Bildaufnahmeröhren (FS-Kameras) und auch bei Kameras mit Halbleitersensoren sind Schaltungen bekannt, mit denen selbsttätig die Pegelschwankungen ausgeregelt werden können. Der Regelvorgang bei diesen Kameras ist aber zu langsam und nicht anwendbar für schnelle Vorgänge, wie sie zum Beispiel bei Automatisierungsaufgaben vorliegen.Through short-term or long-term changes in the object surface properties can the image brightness or change the image contrast significantly. The video signal of the image recording device part then points accordingly strong level fluctuations. For cameras with Image acquisition tubes (FS cameras) and also for cameras Circuits with semiconductor sensors are known, with which automatically regulates the level fluctuations can be. The control process with these cameras is but too slow and not applicable for fast processes, like for example in automation tasks are available.

In der Patentanmeldung P 28 10 533 wurde bereits vrgeschlagen, die eingangs beschriebene Anordnung mit optischen und elektronischen gerätespezifischen Maßnahmen so zu verbessern, daß sie einen automatischen Einsatz von optoelektronischen Muster- und/oder Lageerkennungsgeräten bei üblicher Vorbehandlung und üblichen Oberflächen der Objekte ermöglichen. Bei dieser Anordnung verstärkt die Auswertelogik die analogen Spannungspegel, die von den Bildaufnahmebauteilen abgegeben werden, zunächst mit einer schnellen Amplitudenregelung, so daß der Maximalpegel immer einen konstanten Wert erreicht und anschließend einem fest einstellbaren Spannungspegel des Schwellwertschalters zugeordnet werden kann. Diese Anordnung ist aber nicht immer verwendbar, wenn die Kontrastschwankungen auch noch von Schwankungen der Grundhelligkeit überlagert sind.In patent application P 28 10 533 it was already suggested that the arrangement described above with optical and electronic device-specific measures to improve so that they have an automatic use of optoelectronic pattern and / or position detection devices with usual pretreatment and usual surfaces of objects. With this arrangement the evaluation logic amplifies the analog voltage levels, which are emitted by the imaging components first with a fast amplitude control, so that the maximum level always reaches a constant value and then a fixed voltage level of the threshold switch can. This arrangement is not always usable, if the contrast fluctuations are also fluctuations are superimposed on the basic brightness.

Aus der US-PS 36 76 847 ist eine Vorrichtung bekannt, mit der ein Verfahen zur Qualitätsverbesserung von Mustererkennungsgeräten und Meßgeräten zur Lageabweichung durchführbar ist. Die Angaben in dieser Patentschrift sind aber sehr allgemein gehalten.From US-PS 36 76 847 a device is known with a method for improving the quality of pattern recognition devices and measuring devices for position deviation is feasible. The information in this patent are very general.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, elektronische, gerätespezifische Maßnahmen zur Qualitätsverbesserung von optoelektronischen Geräten zur Muster- und/Lageerkennung in Form einer adaptiven Regelung anzugeben, die einsetzbar ist, wenn die maximale Regel- und Erkennzeit mehrere Zeilen- oder Bilddurchläufe betragen darf.The invention is based, electronic, device-specific measures to improve quality of optoelectronic devices for pattern and / position detection in the form of an adaptive regulation, which can be used when the maximum control and detection time can run several lines or images.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüche aufgeführten Merkmale gelöst.This object is achieved by those listed in the claims Features solved.

Mit der Vorrichtung nach der Erfindung wird der Grundpegel des Istbildes durch Addieren einer Regelspannung in Suchschritten so lange verändert, bis das erwartete Muster im Istbild mit der erforderlichen Sicherheit, zum Beispiel durch Heraustrennen des Nutzsignals aus dem Spektrum Istbild, erkannt werden kann. Jede Nichterkennung des Musters verursacht also einen neuen Suchvorgang, wobei der Ablauf der Suchschritte (zum Beispiel Abtasten mit höheren und niedrigeren Grundpegeln ausgehend von der Anfangseinstellung mit zunehmendem Abstand) durch ein Programm festgelegt ist. Der Programm-Suchalgorithmus kann dabei je nach Bedarf geändert werden. Die Vorrichtung nach der Erfindung ist immer dann einsetzbar, wenn die maximale Regel- und Erkennzeit mehrere Zeilen- oder Bilddurchläufe betragen kann.With the device according to the invention the basic level the actual image by adding a control voltage changed in search steps until the expected Pattern in the actual image with the necessary security, for example by separating the useful signal from the spectrum actual image can be recognized. Any failure to recognize the pattern causes a new search, the sequence of the search steps (for example Starting with higher and lower basic levels from the initial setting with increasing distance) is determined by a program. The program search algorithm can be changed as required. The device according to the invention is always then can be used when the maximum control and detection time can be multiple line or image runs.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die adaptive Regelschaltung sehr universell einsetzbar ist. Nicht nur Schwankungen des Kontrastes, sondern auch die relative Lage des Kontrastes (wird in Zusammenhang mit der Fig. 1b erläutert) können derart kompensiert werden, daß ein auswertbares Schwarz-Weiß-Signal ensteht. Ein weiterer Vorteil der adaptiven Regelschaltung besteht auch darin, daß sie einfach zu bedienen ist. Außerdem dienen nur wenige Bauteile der analogen Signalverarbeitung. Die meisten Funktionen der adaptiven Regelschaltung können als digitale Logik aufgebaut sein, wodurch mit einfachen, billigen, marktverfügbaren Bauteilen eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit erreicht werden kann.The main advantage of the invention is that the adaptive control circuit can be used very universally. Not only fluctuations in the contrast, but also the relative position of the contrast (will be explained in connection with FIG. 1b) can be compensated in such a way that an evaluable black and white signal is produced. Another advantage of the adaptive control circuit is that it is easy to use. In addition, only a few components are used for analog signal processing. Most of the functions of the adaptive control circuit can be constructed as digital logic, as a result of which a high processing speed can be achieved with simple, inexpensive, market-available components.

In einem Addierer wird das von dem Sensor ankommende analoge Signal mit der stufenweise veränderbaren Regelspannung addiert und in einem anschließenden Komparator mit einem fest eingestellten Schwellwert als Istbild digitalisiert und das Ausgangssignal des Komparators der Mustererkennung zugeführt, wobei bei der Bewertung des Istbildes als "nicht erkannt" dieses Ergebnis einer Anordnung zugeleitet wird, die die Regelspannung nach einem logischen Ablauf um jeweils einen Programmschritt ändert, bis das Istbild als "erkannt" oder "nicht erkennbar" erkannt wird. Hierbei müsssen die Pegelwerte vom Sensorsignal im positiven Bereich liegen und die Spannungswerte der Regelspannung im negativen Bereich oder umgekehrt. Diese Weiterbildung hat den Vorteil, daß mit dem zusätzlich zum Komparator verwendeten analogen Addierer auf bekannte Art das Eingangssignal, zum Beispiel durch Verstärkung beeinflußt werden kann.The incoming from the sensor is in an adder analog signal with the step-by-step control voltage added and in a subsequent comparator Digitized as an actual image with a fixed threshold and the output signal of the comparator Pattern recognition supplied, the evaluation of the Actual image as "not recognized" this result of an arrangement is fed to the control voltage after a logical sequence of one program step at a time changes until the actual image is "recognized" or "not recognizable" is recognized. Here, the level values from the sensor signal must are in the positive range and the voltage values the control voltage in the negative range or vice versa. This training has the advantage that with the analog adders used in addition to the comparator the input signal in a known manner, for example by Gain can be influenced.

Nach einer weiteren Ausgestaltung dieses Verfahrens wird das von dem Sensor ankommende analoge Signal zuerst einem Signalverstärker zugeführt, in dem die Verstärkung verändert und die relative Lage des Signals zu einem Bezugspegel (Offset) eingestellt (normiert) wird. Dadurch erreicht man, daß das von dem Sensor kommende Signal und das sich stufenweise ändernde Regelsignal unabhängig voneinander beeinflußt werden können.According to a further embodiment of this method the analog signal arriving from the sensor first fed to a signal amplifier in which the gain changed and the relative position of the signal to one Reference level (offset) is set (normalized). Thereby one achieves that the coming from the sensor Signal and the gradually changing control signal can be influenced independently.

Zusätzlich kann durch die Einstellung des Signalverstärkers (Verstärkung, Offset) erreicht werden, daß der mögliche Bereich aller Suchschritte dem gesamten Pegelbereich des Sensorsignals bzw. nur einem bestimmten Teil des Sensorsignals, der mit Sicherheit das gesuchte Muster enthält, relativ zugeordnet wird. Damit wird erreicht, daß der bestimmte Teil des Sensorsignals, der mit Sicherheit das gesuchte Muster (Kontrast) enthält, mit weniger Suchschritten als für den gesamten Pegelbereich bzw. bei gleichbleibender maximaler Schrittanzahl mit einer feineren Unterteilung abgesucht wird. In addition, by setting the signal amplifier (Gain, offset) that the possible Range of all search steps the entire level range of the sensor signal or only a certain part of the sensor signal that is definitely the one you are looking for Pattern contains, is assigned relatively. So that is achieved that the specific part of the sensor signal, the certainly contains the desired pattern (contrast), with fewer search steps than for the entire level range or with a constant maximum number of steps is searched with a finer subdivision.

Die Regelspannung aus dem Rechenwerk kann in Abhängigkeit einer gewählten Betriebsart, zum Beispiel Festwert, letzter Bestwert (aus letzter erfolgreicher Erkennung) oder externer Eingabewert gewonnen werden, wobei dieser letzte Wert mit einer externen Logik ermittelt wird (zum Beispiel transversaler Mittelwert).The control voltage from the calculator can be dependent a selected operating mode, for example fixed value, last best value (from last successful detection) or external input value, whereby this last value is determined with an external logic (for Example of transverse mean).

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Variationsmöglichkeit des Suchalgorithmus, wodurch je nach Bedarf die kürzest mögliche Suchzeit erzielt werden kann. So kann bei sporadischen Ausreißern des Kontrastes das Suchprogramm ab einem Festwert beginnen. Hingegen bei langzeitlich driftenden Abweichungen wird der letzte Bestwert abgespeichert und bei einem neuerlichen Suchlauf ab diesem Wert mit der Suchroutine begonnen, was zur Folge hat, daß hier meist nur ein bis zwei Suchschritte notwendig sind.Another advantage of the invention is the possibility of variation of the search algorithm, which as needed the shortest possible search time can be achieved. So in the event of sporadic outliers in the contrast Start the search program from a fixed value. On the other hand long-term drifting deviations will be the last Best value saved and during a new search from that value the search routine started what has the consequence that usually only one or two search steps are necessary.

Außerdem besteht die Möglichkeit, mittels eines externen Speichers oder Rechners einen transversalen Mittelwert (für Langzeitdrift) zu errechnen, wobei jeweils der letzte Bestwert im Externspeicher eingeschrieben und der neu daraus entstandene Mittelwert als Basis für einen neuen Suchlauf - falls erforderlich - dient.There is also the possibility of using an external Memory or calculator a transverse average (for long-term drift), whereby the last best value written in the external memory and the newly created mean value as the basis for one new search - if necessary.

Sowohl bei der Betriebsart "Festwert", als auch bei der Betriebsart "Bestwert" könnte eine Überschreitung des zulässigen maximalen oder minimalen Zahlenwertes erfolgen. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch verhindert, daß beim Überschreiten des zulässigen Bereichs der Regelspannung an der Ober- oder Untergrenze der Suchvorgang auf bzw. ab der entgegengesetzten Grenze fortgeführt wird. Dies geschieht beispielsweise durch eine Hardware-Anordnung. Auf diese Weise wird ebenfalls die Suchzeit reduziert.Both in the "Fixed value" operating mode and in the Operating mode "best value" could exceed the permissible maximum or minimum numerical value. According to the invention, this is prevented by that when the permissible range of the control voltage is exceeded at the upper or lower limit of the search process continued on or from the opposite limit becomes. This is done, for example, by a Hardware arrangement. In this way, too Search time reduced.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Further details of the invention emerge from the subclaims.

Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert. Es zeigtThe invention is explained on the basis of the figures. It shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 1 is a schematic illustration of a circuit arrangement for implementing the method according to the invention,

Fig. 1a den Ausschnitt eines brauchbaren Bildes (guter Kontrast) am Beispiel eines Halbleiterchips, FIG. 1a to a usable image (good contrast) on the example of a semiconductor chip segment,

Fig. 1b ein Beispiel eines Sensorsignals, FIG. 1b is an example of a sensor signal,

Fig. 2 eine erweiterte Schaltungsanordnung zur Durchführung der Erfindung mit Addierer und Komparator, Fig. 2 is an enlarged circuit arrangement for carrying out the invention with adder and comparator,

Fig. 3 die Regelschaltung nach der Erfindung mit Signalverstärker, Addierer, Komparator und einer Schaltungsansordnung zur Erzeugung der Regelspannung, Fig. 3, the control circuit according to the invention with a signal amplifier, adder, comparator, and a circuit Sans order to generate the control voltage,

Fig. 4 einen möglichen Verlauf der Suchschritte und Fig. 4 shows a possible course of the search steps and

Fig. 5 die mögliche Anordnung einer Gesamtanlage mit adaptiver Regelung. Fig. 5 shows the possible arrangement of an overall system with adaptive control.

In der Fig. 1 ist ein Komparator A 3, zum Beispiel ein Operationsverstärker, dargestellt, an den sich eine Musterauswerteschaltung MAS anschließt. Dem Komparator wird ein Sensorsignal 1 und eine veränderbare Regelspannung 2 zugeführt. Das vom Komparator abgehende digitale Signal 3 wird in der Musterauswerteschaltung MAS verwertet, die ein Signal "erkannt" bzw. "nicht erkannt" abgibt. Die Musterauswerteschaltung besteht beispielsweise aus einem Korrelator, der einen Soll- und Istbildvergleich durchführt. An dieser Stelle kann zum Beispiel eine Anordnung mit dem Baustein TDC 1004 J (Firma TRW) Verwendung finden.In Fig. 1 is a comparator A 3, for example an operational amplifier, shown, a Musterauswerteschaltung MAS adjoins the. A sensor signal 1 and a variable control voltage 2 are fed to the comparator. The digital signal 3 coming from the comparator is used in the pattern evaluation circuit MAS , which outputs a signal “recognized” or “not recognized”. The sample evaluation circuit consists, for example, of a correlator which carries out a comparison of the target and actual images. At this point, for example, an arrangement with the TDC 1004 J module (from TRW) can be used.

In der Fig. 1a bedeutet G den Betrieb des Gesichtsfeldes des Sensors. Innerhalb des Gesichtsfeldes befindet sich das gesuchte Objekt B. Die einzelnen Flächen sind entsprechend den Helligkeitswerten mit den Bezeichnungen H = hell und D = dunkel versehen. Die Helligkeitsverteilung der Linie LI ist in Fig. 1b wiedergegeben.In Fig. 1a, G means the operation of the field of view of the sensor. The object B is located within the field of view. The individual areas are labeled H = light and D = dark according to the brightness values. The brightness distribution of the line LI is shown in Fig. 1b.

In der Fig. 1b ist ein Sensorsignal 1 in einem Koordinatensystem in Abhängigkeit von einer Schwellwertspannung eingetragen. Mit K ist der Kontrast und mit N₀ die relative Lage des Kontrastes bezeichnet. In Abhängigkeit dazu ist darunter das digitale Signal 3 des gesuchten Musters M wiedergegeben.In Fig. 1b, a sensor signal 1 is entered in a coordinate system in response to a threshold voltage. K is the contrast and N ₀ the relative position of the contrast. Depending on this, the digital signal 3 of the pattern M sought is reproduced below.

Fig. 2 zeigt in Erweiterung der Fig. 1 einen Addierer A 2 und eine Anordnung L, mit der stufenweise die Regelspannung 2 geändert wird. Diese Regelspannung 2 wird im Gegensatz zur Schaltungsanordnung nach Fig. 1 dem Addierer A 2 zugeführt. Nach der Addition des Sensorsignals 1 mit der Regelspannung 2 wird das Ausgangssignal 4 im Komparator A 3 mit einem feststehenden Schwellwert 5 verglichen. Dieser Spannungswert 5 kann einstellbar sein. In der Fig. 2 ist dafür ein Potentiometer P 3 mit den beiden Spannungsanschlüssen P, N vorgesehen. Das Ausgangssignal 3 des Komparators wird der Mustererkennung MAS zugeführt. Mit 6 ist eine Rückführungsleitung bezeichnet, über die das Ergebnis der Mustererkennung MAS (Signal "erkannt" oder "nicht erkannt") der Anordnung L zugeführt wird. Ein möglicher Aufbau dieser Anordnung L ist in der Fig. 3 wiedergegeben. FIG. 2 shows an adder A 2 and an arrangement L , with which the control voltage 2 is changed in stages, in the expansion of FIG. 1. In contrast to the circuit arrangement according to FIG. 1, this control voltage 2 is fed to the adder A 2 . After the sensor signal 1 has been added to the control voltage 2 , the output signal 4 is compared in the comparator A 3 with a fixed threshold value 5 . This voltage value 5 can be adjustable. A potentiometer P 3 with the two voltage connections P, N is provided for this in FIG. 2. The output signal 3 of the comparator is supplied to the pattern recognition MAS . 6 denotes a return line, via which the result of the pattern recognition MAS (signal “recognized” or “not recognized”) is supplied to the arrangement L. A possible structure of this arrangement L is shown in FIG. 3.

In der Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines Blockschaltbildes dargestellt. Im oberen Teil dieser Figur ist links ein Signalverstärker A 1, zum Beispiel in Form eines Operationsverstärkers, gezeichnet. Außer dem von einem Sensor kommenden Signal 1 wird diesem Signalverstärker A 1 eine Offsetspannung über die Leitung 7 zugeführt. Zur Beschaltung dieses Bausteins gehört auch eine Einstellmöglichkeit 8 der Verstärkung. Mit einem Widerstand P 1 kann zum Beispiel die Verstärkung und mit einem Widerstand P 2 die Offsetspannung eingestellt werden. Auf den Signalverstärker folgt der Addierer A 2 und der Komparator A 3. Der Ausgang des Komparators führt zur Musterauswerteschaltung MAS. Am Anschluß MP kann für Meßzwecke das beeinflußte analoge Sensorsignal abgegriffen werden. Das Ergebnissignal der Schaltung MAS wird über die Leitung 6 der adaptiven Regelung wieder zugeführt.In FIG. 3, another embodiment of the invention is illustrated in the form of a block diagram. In the upper part of this figure, a signal amplifier A 1 , for example in the form of an operational amplifier, is drawn on the left. In addition to signal 1 coming from a sensor, this signal amplifier A 1 is supplied with an offset voltage via line 7 . A setting option 8 for the gain also belongs to the wiring of this module. For example, the gain can be set with a resistor P 1 and the offset voltage with a resistor P 2 . The adder A 2 and the comparator A 3 follow the signal amplifier. The output of the comparator leads to the pattern evaluation circuit MAS . The affected analog sensor signal can be tapped at the connection MP for measuring purposes. The result signal of the circuit MAS is fed back via line 6 to the adaptive control.

Im unteren Teil der Fig. 3, der durch einen gestrichelte Linie abgeteilt ist, ist die Anordnung L zur Erzeugung der Regelspannung mit der Ablaufsteuerung festgehalten. Zur Eingabe bei den verschiedenen Betriebsarten dienen Schalter C, D und E. An die Schalter C, D und der externen Eingabeschnittstelle Ex schließt sich ein Multiplexer MU und ein Speicher SP 1 an. Auf diesen Speicher folgt ein Recheneinheit ALU (Arithmetic-Logical-Unit), die ihre Werte an einen Umsetzer U weitergibt. Auch die Eingabewerte von der Schaltereinheit E gelangen über einen Suchlaufzähler PZ (Adressenwert AS) und einen programmierten Halbleiterspeicher SP 2 in die Recheneinheit Ru. Zwischen dem Ausgang der Recheneinheit und dem Multiplexer ist ein weiterer Speicher B vorgesehen. Außer der Rückführungsleitung 6 führen noch Steuersignale S zur Logik Lo, deren Ausgänge zur ablaufrichtigen Steuerung auf die genannten Baugruppen führen.In the lower part of FIG. 3, which is divided by a dashed line, the arrangement L for generating the control voltage is recorded with the sequence control. Switches C, D and E are used to enter the different operating modes. A multiplexer MU and a memory SP 1 are connected to the switches C, D and the external input interface Ex . This memory is followed by an arithmetic logic unit ( ALU ), which forwards its values to a converter U. The input values from the switch unit E also reach the computing unit Ru via a search counter PZ (address value AS) and a programmed semiconductor memory SP 2 . Another memory B is provided between the output of the computing unit and the multiplexer. In addition to the return line 6 , control signals S also lead to the logic Lo , the outputs of which lead to the correct control on the modules mentioned.

Die Logik Lo umfaßt Verknüpfungsbedingungen für Start-Stop des Suchlaufs und gibt die Steuersignale S an die genannten Baugruppen ab und nimmt ferner Signale zur weiteren Verarbeitung auf. Der Schaltungsteil Lo ist zum Beispiel in TTL-Technik zu realisieren. The logic Lo includes logic conditions for start-stop of the search run and outputs the control signals S to the modules mentioned and also receives signals for further processing. The circuit part Lo can be implemented, for example, in TTL technology.

Die Hauptfunktion der in der Fig. 3 dargestellten Schaltungsanordnung besteht darin, die Lage des Schwellwertes am Komparator A 3 relativ zu den analogen Pegelwerten (Sensorsignal) vom dem Sensor mit einem Bildaufnahmebauteil (Zeile oder Matrix) stufenweise zu verschieben. Im ausgeführten Beispiel sind 16 Stufen oder relative Lagen möglich. Eine höhere oder niedrigere Anzahl von Stufen ist aber auch denkbar.The main function of the circuit arrangement shown in FIG. 3 is to gradually shift the position of the threshold value at the comparator A 3 relative to the analog level values (sensor signal) from the sensor with an image recording component (line or matrix). In the example, 16 levels or relative positions are possible. A higher or lower number of levels is also conceivable.

Mit dem Signalverstärker A 1 kann das Sensorsignal 1 beeinflußt werden. Die Verstärkung kann mit Widersand P 1 und die relative Lage des Sensorsignals zum 0-Volt-Pegel durch Addition einer Festspannung (Offset) am Widerstand P 2 eingestellt werden.With the signal amplifier A 1 , the sensor signal 1 can be influenced. The gain can be set with resistance P 1 and the relative position of the sensor signal to the 0 volt level by adding a fixed voltage (offset) across the resistor P 2 .

Am Addierer A 2 wird das veränderte Sensorsignal 9 von A 1 mit der Regelspannung 2 vom Umsetzer U gemischt. Die Regelspannung 2 bleibt innerhalb eines Einzel-Auswertedurchlaufes, der die Dauer eines Zeilen- oder Bilddurchlaufes hat, konstant. Der Umsetzer wird digital derart angesteuert, daß verschiedene Spannungswerte als Regelspannung ausgegeben werden können.At the adder A 2 , the changed sensor signal 9 from A 1 is mixed with the control voltage 2 from the converter U. The control voltage 2 remains constant within a single evaluation run that has the duration of a line or picture run. The converter is controlled digitally in such a way that different voltage values can be output as control voltage.

Die Polarität der Regelspannung 2 und des Sensorsignals 1 ist immer gegensinnig zu wählen.The polarity of the control voltage 2 and the sensor signal 1 must always be selected in opposite directions.

Das Ausgangssignal 4 vom Addierer A 2 gelangt zum Komparator A 3 und wird hier mit einem fest auf 0-Volt eingestellten Schwellwert 5 verglichen. Am Ausgang des Komparators A 3 liegt dann das Sensorsignal als Schwarz-Weiß-Signal (digitalisiert) vor und kann nun einer digitalen Auswerteschaltung MAS zugeführt werden.The output signal 4 from the adder A 2 reaches the comparator A 3 and is compared here with a threshold value 5 which is set to 0 volts. The sensor signal is then present at the output of the comparator A 3 as a black and white signal (digitized) and can now be fed to a digital evaluation circuit MAS .

Abhängig vom Anwendungsfall kann die Lage N₀ und damit die Lage des Kontrastes K (Fig. 1b) des gesuchten Musters M verschiedene Teile des Pegelbereiches oder den ganzen Pegelbereich des Sensorsignals 1 überstreichen. Mit den Widerständen P 1 und P 2 am Signalverstärker A 1 kann die adaptive Regelschaltung im Analogteil derart optimiert werden.Depending on the application, the position N ₀ and thus the position of the contrast K ( FIG. 1b) of the pattern M sought can cover different parts of the level range or the entire level range of the sensor signal 1 . With the resistors P 1 and P 2 on the signal amplifier A 1 , the adaptive control circuit in the analog part can be optimized in this way.

Wenn der Kontrast K über den gesamten Pegelbereich des Sensorsignals verteilt liegen kann, so müssen der maximale Pegel des Sensorsignals und der Regelspannung etwa ähnlich groß sein (Fall I), zum Beispiel:If the contrast K can be distributed over the entire level range of the sensor signal, the maximum level of the sensor signal and the control voltage must be approximately similar (case I), for example:

Regelspannung0 Volt bis +3,75 Volt Sensorsignal (nach A 1)0 Volt bis -4,0 VoltControl voltage 0 volt to +3.75 volt sensor signal (according to A 1 ) 0 volt to -4.0 volt

Ist die relative Lage N₀ des Kontrastes grundsätzlich nur in etwa halbem Pegel des Sensorsignals zu finden, dann kann mit dem Widerstand P 1 die Verstärkung etwa verdoppelt werden (Fall II), zum Beispiel:If the relative position N ₀ of the contrast can generally only be found at approximately half the level of the sensor signal, then the gain P 1 can be approximately doubled (case II), for example:

Regelspannung0 Volt bis +3,75 Volt Sensorsignal (nach A 1)0 Volt bis -7,5 VoltControl voltage 0 volt to +3.75 volt sensor signal (according to A 1 ) 0 volt to -7.5 volt

Mit dem Widerstand P 2 kann außerdem die Lage des Regelspannungsbereiches über den gesamten Bereich des Videopegelbereiches relativ verschoben werden. Diese Einstellmöglichkeiten mit den Widerständen P 1 und P 2 haben den Vorteil, daß bei festgelegter Maximalanzahl der Regelspannungswerte diese Werte (das heißt Spannungsschritte, zum Beispiel Fall II) relativ zu dem Sensorsignal kleiner sind als beim Fall I. Im Fall II können also geringere Kontraste K als im Fall I erkannt werden.With the resistor P 2 , the position of the control voltage range can also be relatively shifted over the entire range of the video level range. These setting options with the resistors P 1 and P 2 have the advantage that with a fixed maximum number of control voltage values, these values (i.e. voltage steps, for example case II) are smaller relative to the sensor signal than in case I. In case II, therefore, lower contrasts can be achieved K can be recognized as in case I.

Für Abgleichzwecke hat der beschriebene Schaltungsaufbau wesentliche Vorteile. An nur einem Meßausgang MP können nun alle Parameter der Schaltung kontrolliert werden. Als Meßgerät kann dazu zum Beispiel ein Oszillograph Verwendung finden.The circuit structure described has significant advantages for comparison purposes. All parameters of the circuit can now be checked at only one measuring output MP . An oscillograph, for example, can be used as a measuring device.

Von dem Digitalteil L der flexiblen Regelschaltung wird ein Rechenergebnis erzeugt, das den Umsetzer U zur Erzeugung der Regelspannung 2 (Fig. 3) ansteuert. Je nach Anwendungsfall kann die Reihenfolge der einzelnen Spannungswerte (Suchlauf) beliebig gewählt werden. A calculation result is generated by the digital part L of the flexible control circuit, which controls the converter U to generate the control voltage 2 ( FIG. 3). Depending on the application, the order of the individual voltage values (search run) can be selected as desired.

Der Beginnwert des Suchlaufes kann auf drei Arten erzeugt werden. Unter Beginnwert ist der Anfangswert eines Suchlaufes zu verstehen, zum Beispiel in der Fig. 4 der Wert AS 0. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, kann der Beginnwert mit der Schalterreihe C als Festwert eingegeben werden. Dieser Wert wird über den Multiplexer MU in den Speicher SP 1 gegeben und bleibt während eines Suchlaufes konstant.The search start value can be generated in three ways. The start value is to be understood as the start value of a search run, for example the value AS 0 in FIG. 4. As can be seen from FIG. 3, the start value can be entered as a fixed value with the row of switches C. This value is put into the memory SP 1 via the multiplexer MU and remains constant during a search run.

Hat ein Suchlauf zu einer Muster- und/oder Lageerkennung mit dem Ergebnis "erkannt" geführt, so kann bei Betriebsart "Bestwert" der letzte Wert des Suchlaufes vom Eingang des Umsetzers U über den Speicher B und den Multiplexer in den Speicher SP 1 als neuen Beginnwert für den nachfolgenden Suchlauf abgespeichert werden.If a search has resulted in a pattern and / or position recognition with the result “recognized”, the last value of the search from the input of the converter U via the memory B and the multiplexer into the memory SP 1 can be new in the operating mode “best value” The starting value for the subsequent search run can be saved.

Als dritte Möglichkeit kann der Beginnwert ähnlich der Festwerteingabe über eine Digitalschnittstelle Ex, zum Beispiel von einer anderen Logik, in die adaptive Regelschaltung eingegeben werden.As a third possibility, the start value can be input into the adaptive control circuit similar to the fixed value input via a digital interface Ex , for example from another logic.

Der Beginnwert im Speicher SP 1 wird in der Recheneinheit RU mit Werten aus einem Programmablaufteil verknüpft. Im Beispiel der adaptiven Regelschaltung wird von dem einstellbaren Suchlaufzähler PZ (Anzahl der Suchläufe zum Beispiel 1 bis 16) der programmierte Halbleiterspeicher SP 2 adressiert. In diesem Halbleiterspeicher sind die Relativwerte des Suchlaufes festgelegt, wie sie zum Beispiel in der Fig. 4 wiedergegeben sind.The starting value in the memory SP 1 is linked in the computing unit RU with values from a program execution part. In the example of the adaptive control circuit, the programmable semiconductor memory SP 2 is addressed by the adjustable search counter PZ (number of searches, for example 1 to 16). The relative values of the search run, such as those shown in FIG. 4, are fixed in this semiconductor memory.

Die Fig. 4 zeigt in einem Diagramm eine mögliche Lage der Relativwerte RW, wie sie im Speicher SP 2 enthalten sein können. Bei dem Adressenwert AS = 0 (im Diagramm AS) gibt der Speicher SP 2 den Digitalwert DW = 0 aus. Diesen Digitalwert addiert der Baustein RU mit dem Wert, der im Speicher SP 1 steht. Ist im Speicher SP 1 der Digitalwert 8 vorhanden, so wird an den Umsetzer U der Digitalwert 8 angelegt, der dann als Analogwert AW = 2,0 Volt (entsprechend Diagramm) an den Addierer A 2 weitergegeben wird. Hierbei wird angenommen, daß der Baustein U so abgeglichen ist, daß die Digital-Analog-Wandlung in U entsprechend Fig. 4 erfolgt. Wenn nun als Ergebnis von der Schaltung MAS auf der Leitung 6 "nicht erkannt" erscheint, wird der Baustein PZ um den Wert 1 erhöht, wodurch am Baustein SP 2 der Adressenwert AS = 1 anliegt. Nun gibt der Baustein SP 2 den Wert -1 entsprechend dem Diagramm an den Teil RU ab. Hier liegt am anderen Eingang auch der Wert 8 vom Speicher M an. Das Rechenergebnis Wert 7 wandelt der Baustein U in die Analogspannung AW mit dem Wert 1,75 Volt um. FIG. 4 shows a diagram of a possible location of the relative values RW , as they can be contained in the memory SP 2 . With the address value AS = 0 (in the diagram AS) , the memory SP 2 outputs the digital value DW = 0. Block RU adds this digital value to the value that is stored in memory SP 1 . If the digital value 8 is present in the memory SP 1, the digital value 8 is applied to the converter U , which is then passed on to the adder A 2 as an analog value AW = 2.0 volts (according to the diagram). It is assumed here that module U is adjusted so that the digital-to-analog conversion takes place in U in accordance with FIG. 4. If the result of the circuit MAS appears on line 6 "not recognized", the block PZ is increased by the value 1, as a result of which the address value AS = 1 is present at the block SP 2 . Now the block SP 2 gives the value -1 according to the diagram to the part RU . The value 8 from memory M is also present at the other input. Block U converts the calculation result value 7 into the analog voltage AW with the value 1.75 volts.

Wenn bei jedem derartigen Durchlauf das Signal "nicht erkannt" aus Leitung 6 ausgegeben wird, können alle Adressen-Werte AS bis Wert 15 bearbeitet werden, wodurch der Baustein DAC alle möglichen Spannungswerte zwischen 0 Volt bis +3,75 Volt (in Abständen von 0,25 Volt) ausgegeben hat.If the signal "not recognized" is output from line 6 during each such run, all address values AS to value 15 can be processed, as a result of which the block DAC all possible voltage values between 0 volts and +3.75 volts (at intervals of 0 , 25 volts).

Wenn für die Anordnung 16 Suchschritte zugrundeliegen, gilt der Wert DW = 0 = DW 16 am Alu-Ausgang. Wenn der DW-Wert 0 unterschritten wird, zum BeispielIf there are 16 search steps for the arrangement, the value DW = 0 = DW 16 at the aluminum output applies. If the DW value falls below 0, for example

+2-4=-2,+ 2-4 = -2,

so ergibt sich durch eine Hardware-Zahlenkorrektur der Werta hardware number correction results in the value

+2-4+16=+14,+ 2-4 + 16 = + 14,

wird der positive Zahlenwert +15 überschritten, zum Beispielif the positive numerical value +15 is exceeded, for example

+12+5=+17,+ 12 + 5 = + 17,

so ergibt sich durch Hardware-Zahlenkorrekturso results from hardware number correction

+12+5-16=+1.+ 12 + 5-16 = + 1.

Wenn zum Beispiel eine Anordnung zum automatischen Erkennen eines Musters, insbesondere zur Lageerkennung eines Bildmusters, nach der DE-OS 26 28 358 als Auswerteschaltung verwendet wird, dann kann das Signal im Korrelator "Ähnlichkeit nicht erreicht" als Signal "nicht erkannt" an die adaptive Regelschaltung zurückgeführt werden. Dies ist in der Fig. 5 schematisch wiedergegeben. In dieser Figur ist als Sensor schematisch eine Kamera K dargestellt, deren Ausgangssignale an die adaptive Regelung AR entsprechend der Fig. 3 weitergegeben werden. Daran schließt sich ein Korrelator R und schließlich die Koordinatenbildung KB an. Mit dieser Gesamtanordnung nach Fig. 5 kann man zum Beispiel eine Lageerkennung mit den Ergebnissen der Koordinatenwerte X, Y durchführen. Das Ergebnis der Lageerkennung kann über die Leitungen 11, 12 ausgegeben werden.If, for example, an arrangement for automatically recognizing a pattern, in particular for identifying the position of an image pattern, is used as an evaluation circuit according to DE-OS 26 28 358, then the signal in the correlator "similarity not achieved" can be sent to the adaptive signal as "not recognized" Control circuit be returned. This is shown schematically in FIG. 5. In this figure, a camera K is shown schematically as a sensor, the output signals of which are passed on to the adaptive control AR in accordance with FIG. 3. This is followed by a correlator R and finally the coordinate formation KB . With this overall arrangement according to FIG. 5, position detection with the results of the coordinate values X, Y can be carried out, for example. The result of the position detection can be output via lines 11, 12 .

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß beim Signal "erkannt" der Suchlauf in der adaptiven Regelschaltung AR sofort abgebrochen werden kann. In den seltensten Fällen wird dann die maximale Anzahl der Suchschritte und damit die maximal zulässige Dauer der Muster- und/oder Lageerkennung erreicht. Wird ein entsprechend aufgebautes Gerät für die Automatisierung in der Fertigung eingesetzt, so wird durch die Abkürzung der Erkennungsdauer die Wirtschaftlichkeit verbessert.This arrangement has the advantage that the search in the adaptive control circuit AR can be terminated immediately when the signal is “recognized”. In the rarest of cases, the maximum number of search steps and thus the maximum permissible duration of pattern and / or position recognition is reached. If an appropriately designed device is used for automation in production, the economy is improved by shortening the detection time.

Claims

1.Device for improving the quality of pattern recognition devices and measuring devices or measuring arrangement for positional deviation, with which a real image of the object is generated in at least one image plane conjugated to the object plane by an object arranged in one plane (actual image) and with an imaging system, in which a further (or more), is line-shaped or a planar image receiving member (sensor) with a connected evaluation logic provided characterized in that a comparator (a 3) is supplied with an adaptive control circuit coming from the sensor analog signal (1), the same time still a stepwise changeable control voltage ( 2 ) is supplied as a threshold value and that a digital arithmetic unit (RW) (for example aluminum) is provided for generating this analog control voltage ( 2 ), which is connected at one input to a first memory Sp 1 ) which is connected via the total duration of the search in a pattern recognition ngteil (MAS) keeps its value constant, while a second memory (Sp 2 ) is arranged at a second input of the arithmetic unit (RW) , for example a PROM, which changes its value before or after each search step, and a converter (U ) , which converts the digital output values from the arithmetic unit (RW) into the required analog control voltage ( 2 ) and that at least in one of the search steps in the digital output signal ( 3 ) of the comparator the pattern is available, and the subsequent pattern recognition circuit (MAS) that Signal evaluated as "recognized" ( Fig. 3).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that for activating the second memory (Sp 2 ) blocks (PZ, E) are provided which create the address values (AS) to the second memory (Sp 2 ) in a certain order.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that a counter (PZ) and a switch unit (E) are provided as a module with which the initial value of the counter is set at the beginning of an entire search routine.

4. The device according to claim 3, characterized in that for data input into the first memory (Sp 1 ), the digital output values from the arithmetic unit (RW) via a memory (B) and a multiplexer (MU) are passed as the starting value for an overall search routine.

5. The device according to claim 4, characterized in that a row of switches (C) is connected to the multiplexer (MU) , whereby the initial value of the first memory (Sp 1 ) is to be entered manually.

6. The device according to claim 5, characterized in that a data connection (Ex) is provided to the multiplexer (MU) , via which the initial value of the first memory (Sp 1 ) is entered.

7. The device according to claim 1, characterized in that an adder (A 2 ) is provided, which adds the incoming analog signal from the sensor ( 1 ) with the step-by-step variable control voltage ( 2 ), and that in the subsequent comparator (A 3 ) the actual image is digitized with a fixed threshold value ( 5 ) and the output signal of the comparator is fed to the pattern recognition (MAS) .

8. The device according to claim 7, characterized in that a signal amplifier (A 1 ) is provided, to which the arriving from the sensor analog signal ( 1 ) is supplied and that means (for example potentiometer 8 ) are provided with which the gain changes and that by feeding a constant, adjustable voltage (for example with a potentiometer 7 ) the relative position of the signal to a reference level (offset) is set.